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Expand Up @@ -3,6 +3,9 @@
Willkommen bei PyADM1ODE - Einem Python-Framework zur Modellierung, Simulation und Optimierung von landwirtschaftlichen Biogasanlagen basierend auf dem Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1).

## 🎯 Quick Links
<div align="center">
<a href="https://colab.research.google.com/github/dgaida/PyADM1ODE/blob/master/examples/colab_01_basic_digester.ipynb"><img src="https://colab.research.google.com/assets/colab-badge.svg" alt="Open In Colab"></a>
</div>

<div class="grid cards" markdown>

Expand All @@ -22,13 +25,13 @@ Willkommen bei PyADM1ODE - Einem Python-Framework zur Modellierung, Simulation u

[:octicons-arrow-right-24: Installations-Anleitung](user_guide/installation.md)

- :material-book-open-variant:{ .lg .middle } __Komponenten-Leitfaden__
- :material-book-open-variant:{ .lg .middle } __Handbuch__

---

Erfahren Sie mehr über Fermenter, BHKWs, Pumpen und mehr
Erfahren Sie mehr über das Framework, Komponenten und Substrate

[:octicons-arrow-right-24: Komponentendokumentation](user_guide/components/index.md)
[:octicons-arrow-right-24: Handbuch](user_guide/adm1_implementation.md)

- :material-code-braces:{ .lg .middle } __Beispiele__

Expand All @@ -49,71 +52,6 @@ PyADM1ODE ist ein umfassendes Python-Framework für die Modellierung landwirtsch
- **Praxisnähe**: Validiert mit Daten von in Betrieb befindlichen Biogasanlagen.
- **Python-Ökosystem**: Integriert mit NumPy, SciPy, Pandas und Visualisierungsbibliotheken.

### Hauptmerkmale

✨ **Umfassende Komponentenbibliothek**

- Biologisch: Ein-/mehrstufige Fermenter, Hydrolysetanks, Separatoren
- Energie: BHKW-Einheiten, Heizsysteme, Gasspeicher, Fackeln
- Mechanisch: Pumpen, Rührwerke mit realistischem Stromverbrauch
- Fütterung: Substratlagerung, automatisierte Dosiersysteme

🔧 **Flexible Anlagenkonfiguration**

- Erstellen Sie komplexe Anlagen programmatisch oder über Vorlagen
- Automatische Komponentenverbindung und Validierung
- Speichern/Laden von Konfigurationen als JSON

📊 **Fortgeschrittene Simulation**

- Parallele Ausführung für Parameterstudien und Monte-Carlo-Analysen
- Adaptive ODE-Solver, optimiert für steife Biogassysteme
- Zeitreihen-Datenverarbeitung und Ergebnisanalyse

🎓 **Bildung & Professionell**

- Geeignet für die Lehre im Bereich Biogasanlagendesign
- Forschungswerkzeug zur Prozessoptimierung
- Engineering-Anwendungen für die Anlagenplanung

## Systemarchitektur

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PyADM1ODE Framework │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ Biologische │ │ Energie- │ │ Mechanische │ │
│ │ Komponenten │ │ Komponenten │ │ Komponenten │ │
│ ├──────────────┤ ├──────────────┤ ├──────────────┤ │
│ │ • Fermenter │ │ • BHKW │ │ • Pumpen │ │
│ │ • Hydrolyse │ │ • Heizung │ │ • Rührwerke │ │
│ │ • Separatoren│ │ • Speicher │ │ │ │
│ │ │ │ • Fackeln │ │ │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ Fütterung │ │ Sensoren │ │ Konfigurator │ │
│ │ Komponenten │ │ (geplant) │ │ │ │
│ ├──────────────┤ ├──────────────┤ ├──────────────┤ │
│ │ • Lagerung │ │ • pH │ │ • Builder │ │
│ │ • Dosierer │ │ • VFA │ │ • Vorlagen │ │
│ │ │ │ • Gas │ │ • Validator │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Kern-ADM1-Engine │
│ • 37 Zustandsvariablen • pH-Dynamik • Gas-Flüssig-Transfer │
│ • Temperaturabhängige Kinetik • Inhibitionsmodellierung │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Substratmanagement │
│ • 10 vorkonfigurierte landwirtschaftliche Substrate │
│ • Automatische ADM1-Input-Strom-Generierung │
│ • Zeitlich variierende Fütterungspläne │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
```

## Kurzes Beispiel

Erstellen und simulieren Sie eine komplette Biogasanlage in nur wenigen Zeilen:
Expand Down Expand Up @@ -155,21 +93,14 @@ print(f"Methan: {final['Q_ch4']:.1f} m³/d")
print(f"pH: {final['pH']:.2f}")
```

**Ausgabe:**
```
Biogas: 1245.3 m³/d
Methan: 748.2 m³/d
pH: 7.28
```

## Typische Anwendungen

### 1. Anlagendesign und Optimierung
---

### 2. Substratoptimierung
## Community und Support

### 3. Energiebilanzanalyse
- **GitHub Repository**: [dgaida/PyADM1ODE](https://github.com/dgaida/PyADM1ODE)
- **Issue Tracker**: [Bugs melden oder Features anfragen](https://github.com/dgaida/PyADM1ODE/issues)
- **Discussions**: [Fragen stellen und Ideen austauschen](https://github.com/dgaida/PyADM1ODE/discussions)

### 4. Zweistufiges Prozessdesign
## Lizenz

(Details siehe englische Version oder Unterseiten)
PyADM1ODE ist Open-Source-Software unter der MIT-Lizenz.
38 changes: 38 additions & 0 deletions docs/de/user_guide/advanced_features.md
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@@ -0,0 +1,38 @@
# Fortgeschrittene Funktionen

PyADM1ODE bietet fortgeschrittene Funktionen für umfangreiche Studien und das Konfigurationsmanagement.

## Parallele Simulation

Führen Sie mehrere Szenarien gleichzeitig aus, um Parameterstudien oder Monte-Carlo-Simulationen zu beschleunigen.

```python
from pyadm1.simulation import ParallelSimulator

# Parameterstudie
parallel = ParallelSimulator(adm1, n_workers=4)
scenarios = [
{"k_dis": 0.5, "Q": [15, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]},
{"k_dis": 0.6, "Q": [15, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]},
{"k_dis": 0.7, "Q": [15, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]}
]

results = parallel.run_scenarios(scenarios, duration=30, initial_state=state)
```

Weitere Details finden Sie im [Beispiel für parallele Simulation](../examples/parallel_simulation.md).

## Konfigurationsmanagement

Speichern und verwenden Sie Anlagendesigns mithilfe der JSON-Serialisierung wieder.

```python
# Konfiguration speichern
plant.to_json("zweistufige_anlage.json")

# Später laden
from pyadm1.configurator import BiogasPlant
plant = BiogasPlant.from_json("zweistufige_anlage.json", feedstock)
plant.initialize()
results = plant.simulate(duration=30, dt=1/24)
```
72 changes: 72 additions & 0 deletions docs/de/user_guide/applications.md
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@@ -0,0 +1,72 @@
# Typische Anwendungen

PyADM1ODE kann für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt werden, vom Anlagendesign bis hin zur Echtzeitoptimierung.

## 1. Anlagendesign und Optimierung

Testen Sie verschiedene Anlagenkonfigurationen, um das optimale Setup für Ihre Bedürfnisse zu finden.

```python
from pyadm1.configurator import BiogasPlant, PlantConfigurator
from pyadm1.substrates import Feedstock

# Test verschiedener Fermentergrößen
for V_liq in [1500, 2000, 2500]:
plant = BiogasPlant(f"Anlage_{V_liq}")
feedstock = Feedstock()
configurator = PlantConfigurator(plant, feedstock)
configurator.add_digester("dig1", V_liq=V_liq, Q_substrates=[15, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0])

plant.initialize()
results = plant.simulate(duration=30, dt=1/24)

final = results[-1]["components"]["dig1"]
print(f"V={V_liq} m³ → CH4={final['Q_ch4']:.1f} m³/d")
```

## 2. Substratoptimierung

Vergleichen Sie verschiedene Substratbelegungen, um die Methanproduktion zu maximieren oder die Kosten zu minimieren.

```python
# Vergleich verschiedener Substratbelegungen
mixes = {
'high_energy': [20, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
'balanced': [15, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
'waste_based': [0, 15, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 10, 5]
}

for name, Q in mixes.items():
# ... konfigurieren und simulieren ...
print(f"{name}: {final['Q_ch4']:.1f} m³/d Methan")
```

## 3. Energiebilanzanalyse

Analysieren Sie die Nettoenergieerzeugung und den Eigenverbrauch Ihrer Anlage.

```python
# Berechnung der Nettoenergieerzeugung
chp_power = results[-1]["components"]["chp_main"]["P_el"]
mixer_power = results[-1]["components"]["mixer_1"]["P_consumed"]
pump_power = results[-1]["components"]["pump_1"]["P_consumed"]

eigenverbrauch = mixer_power + pump_power
netto_leistung = chp_power - eigenverbrauch

print(f"Nettoleistung: {netto_leistung:.1f} kW")
print(f"Eigenverbrauchsquote: {eigenverbrauch/chp_power:.1%}")
```

## 4. Zweistufiges Prozessdesign

Modellieren Sie fortgeschrittene Anlagendesigns wie die temperaturgestufte anaerobe Vergärung (TPAD).

```python
# Temperaturgestufte anaerobe Vergärung (TPAD)
configurator.add_digester("hydrolyse", V_liq=500, T_ad=318.15) # 45°C
configurator.add_digester("hauptfermenter", V_liq=2000, T_ad=308.15) # 35°C
configurator.connect("hydrolyse", "hauptfermenter", "liquid")

# Verbesserte Hydrolyse in Stufe 1, stabile Methanogenese in Stufe 2
```
28 changes: 28 additions & 0 deletions docs/de/user_guide/substrates.md
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@@ -0,0 +1,28 @@
# Vorkonfigurierte Substrate

PyADM1ODE enthält 10 landwirtschaftliche Substrate mit in der Literatur validierten Parametern.

## Verfügbare Substrate

| Substrat | Typ | Typische Verwendung | Biogaspotenzial |
|----------|-----|--------------------|-----------------|
| **Maissilage** | Energiepflanze | Hauptsubstrat | Hoch (600-700 L/kg VS) |
| **Gülle** | Tierische Abfälle | Co-Substrat | Mittel (200-400 L/kg VS) |
| **Grünroggen** | Energiepflanze | Frühernte | Mittel-Hoch |
| **Grassilage** | Grünland | Erneuerbar | Mittel (400-550 L/kg VS) |
| **Weizen** | Getreide | Energiepflanze | Hoch |
| **GPS** | Ganzpflanzensilage | Ganze Pflanze | Hoch |
| **CCM** | Corn-Cob-Mix | Energiepflanze | Hoch |
| **Futterkalk** | Zusatzstoff | pH-Puffer | N/V |
| **Rindergülle** | Tierische Abfälle | Co-Substrat | Mittel (200-350 L/kg VS) |
| **Zwiebeln** | Abfall | Gemüseabfälle | Mittel-Hoch |

## Substratcharakterisierung

Alle Substrate sind charakterisiert durch:
- Trockensubstanz (TS) und organische Trockensubstanz (oTS)
- ADM1-Fraktionierung (Kohlenhydrate, Proteine, Lipide)
- Biochemisches Methanpotenzial (BMP)
- pH-Wert und Alkalinität

Weitere Details zur Abbildung auf ADM1 finden Sie auf der Seite [ADM1-Implementierung](adm1_implementation.md).
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